dynamic modeling
در نشریات گروه مکانیک-
سامانه های تزریق قطره سیال مبتنی بر پیزوالکتریک، به عنوان دستگاه های کاربردی در بسیاری از صنایع استفاده می شوند. بااین حال، ساختار الکترومکانیکی آن ها اغلب پیچیدگی هایی در مدل سازی دینامیکی ایجاد می کند که ناشی از تعامل بین اجزای مختلف، به ویژه مکانیزم های منعطف و عملگرهای پیزوالکتریک است. در این مطالعه، اجزای سیستم به صورت جداگانه مدل سازی و با هم ترکیب شده اند، تا رفتار سیستم پیش بینی شود. برای تحلیل مکانیزم منعطف نوع پل، روشی مناسب پیشنهاد شده تا ساختار را با حالت های محدود مدل سازی کند. این روش می تواند رفتار اجزا را بدون کاهش دقت پیش بینی کند، که آن را برای ترکیب با دینامیک سایر اجزا ایده آل می سازد. علاوه بر این، یک رویکرد مدل سازی غیرخطی معرفی شده است، تا رفتار هیسترزیس غیرخطی پیزوالکتریک را شناسایی نماید. در نهایت، با ترکیب کل دینامیک سیستم، یک مدل جامع به دست می آید. مدل توسعه یافته برای مکانیزم منعطف، به صورت مجزا توسط نرم افزار المان محدود و آزمایش ها تجربی صحه گذاری شده است، تا دقت آن اثبات شود. مدل هیسترزیس غیرخطی نیز شناسایی و با آزمایش های تجربی صحه گذاری شده و مقدار ضریب تعیین آن بالای 98/0 محاسبه شده است. دینامیک جامع سیستم الکترومکانیکی، در فرکانس های ورودی مختلف شناسایی و آزمایش شده و مقادیر ضریب تعیین بالای 95/0 برای تمام فرکانس های ورودی به دست آمده است، که دقت مدل دینامیکی را تایید می نماید. به طورکلی، مدل توسعه یافته در طراحی و بهینه سازی دستگاه های تزریق قطره سیال پیزوالکتریک و همچنین در طراحی سیستم های کنترلی کاربردی است.
کلید واژگان: سامانه تزریق قطره سیال، پیزوالکتریک، مدل سازی دینامیکی، مکانیزم منعطف، هیسترزیسPiezoelectric dispensers are widely applicable devices across many industries. However, their electromechanical structure often poses complexity in dynamic modeling. The interplay of many components especially compliant mechanisms and piezoelectric actuators makes modeling of the system challenging. In this study, the components of the system have been modeled individually and coupled together to predict the system behavior. For analyzing the bridge-type compliant mechanism, an appropriate method is proposed to model the structure with limited states. The mentioned method can predict the component behavior without sacrificing the precision which makes it ideal for coupling with other components' dynamics. Additionally, a non-linear modeling approach is introduced to capture the piezoelectric non-linear hysteresis behavior. Finally, by coupling the whole system dynamic, a comprehensive model is reached. The model developed for the compliant mechanism is individually validated by FEM software and experiments to prove the accuracy. The hysteresis nonlinear model is also identified and validated with the experiments with R squared exceeding 0.98. The entire coupled dynamics of the electromechanical system are identified and tested across several input frequencies. R-squared values exceed 0.95 for all input frequencies, affirming the accuracy of the dynamic model. Overall, the developed model is functional in the design and optimization of piezoelectric dispensers, as well as in automatic control system designs.
Keywords: Droplet Dispensing System, Piezoelectric, Dynamic Modeling, Compliant Mechanism, Hysteresis -
By carefully investigating the motion of birds of prey, it is seen that in addition to the legs, the claws and their gimbal dynamics play an important role in successful grasping of the specified target. Therefore, in order to achieve an avian-inspired robot, it is essential to consider these degrees of freedom. Having added these degrees of freedom, a precise dynamic analysis is needed to extract the auxiliary equations of motion by which the control design for such an under-actuated multiple-servo articulated flying vehicle system will be possible and in turn, servos’ signals are producible. In this respect, the aim of this study is presenting an extended model of a hunting quadrotor in planar motion and showing the significance of detailed kinetic analysis in designing a model-based controller for the system in pursuit phase. Given the high nonlinearity and dynamic coupling in this integrated system, along with the presence of intense uncertainties and atmospheric and impulsive disturbances, super-twisting sliding mode control (STSMC) is designed and its performance compared with SMC is evaluated through simulation based on some standard metrics.Keywords: Dynamic Modeling, Aerial Robot, Pursuit Phase, Super-Twisting Sliding Mode Control, Simulation
-
نشریه یافته های نوین کاربردی و محاسباتی در سیستم های مکانیکی، سال سوم شماره 2 (تابستان 1402)، صص 1 -12
امروزه مواجهه با چالش های فناوری های دمشی و توربوپمپی در سامانه های پیشرانش فضایی سوخت مایع از یک سو و از سوی دیگر پیشرفت و توسعه صنعت تامین انرژی و توان (دسترسی به فناوری های جدید باتری)، استفاده از این فناوری را در صنایع پیشرفته فضایی نظیر صنعت پیشرانش فضایی امری اجتناب ناپذیر نموده است. با توجه به این تحول، هدف در این پژوهش مدل سازی دینامیک غیرخطی سامانه پیشرانش فضایی مجهز به الکتروپمپ می باشد. برای مدل سازی این سامانه شامل محفظه احتراق، مخازن سوخت و اکسید کننده و سیستم فشارگذاری مربوطه می باشد. بنابراین، در این سامانه تغذیه به منظور سوخت رسانی از مخازن به موتور و افزایش فشار برای ایجاد امکان پاشش مناسب سیال به درون محفظه احتراق از پمپ هایی که توسط یک موتور الکتریکی روشن می شوند، بهره گرفته می شود. برای این منظور، از مجموعه روابط حاکم در محیط سیمولینک نرم افزار متلب استفاده شده است. نتایج حاصل از مدلسازی شامل نمودارهای پارامترهای هدف این پژوهش که شامل تغییرات سرعت زاویه ای در زمان، تغییرات فشار محفظه احتراق بر حسب زمان و تغییرات دبی مولفه سوخت و اکسید کننده به محفظه احتراق بر حسب زمان می باشند، ارایه شده است. در پایان، نتایج بدست آمده با نتایج حاصل از مرجع معتبر مقایسه و صحه گذاری گردید.
کلید واژگان: مدلسازی دینامیک غیرخطی، موتور سوخت مایع، الکتروپمپ، سیمولینکJournal of New Applied and Computational Findings in Mechanical Systems, Volume:3 Issue: 2, 2023, PP 1 -12This research aims to model the nonlinear dynamics of the space propulsion system equipped with an electro-pump. For modeling, this system includes the combustion chamber, fuel and oxidizer tanks, and the corresponding pressurization system. A set of governing equations has been modeled in the Simulink of MATLAB software. The results of the modeling including changes in the angular velocity versus the time, changes in combustion chamber pressure versus the time, and changes in the mass flow rate of the fuel and oxidizer to the combustion chamber versus the time, are presented. In the end, the obtained results are compared with the results of the available engine and in addition to validating the results, it is possible to confirm and validate the performance of the electro-pump in a liquid fuel engine. The results showed that the angular velocity rate, the average acceleration rate of the combustion chamber, the average flow rate of the oxidizer to the combustion chamber and the average flow rate of the fuel to the combustion chamber obtained from the simulation and the available reference have a maximum error of 20%. The amount of difference in the conceptual design stage is free of problems. In addition, the trend of the graphs is similar.
Keywords: Dynamic Modeling, liquid-propellant rocket, Electro-pump, SIMULINK -
عملگرهای نرم خمشی نیوماتیکی به عنوان عملگر هایی با ایمنی و قابلیت تطبیق پذیری بالا، بسیار قابل توجه محققان قرار گرفته اند، به طوری که آن ها را به گزینه ای ایده آل برای ساخت تجهیزاتی که تعامل بالایی با انسان ها دارند تبدیل کرده است. این ویژگی های مثبت، مشکلاتی را نیز به همراه دارد. تطبیق پذیری بالای ربات های نرم به واسطه درجات آزادی زیاد آن ها فراهم شده و بدین ترتیب مدل سازی آن ها را به چالشی جدی برای پژوهشگران تبدیل کرده است. در این مقاله با به کارگیری روش اجزای صلب محدود، به مدل سازی یک عملگر نرم خمشی با رشته های تقویت کننده که در تعامل با محیط قرار دارد، پرداخته شده است. استفاده از روش معرفی شده این امکان را فراهم آورده تا بتوان برای عملگرهای نرم پیوسته، روش های مورد استفاده در مدل سازی ربات های صلب متداول مانند روش دناویت-هارتنبرگ را به کار گرفت. بنابراین در ادامه به کمک همین تیوری رفتار استاتیکی و دینامیکی عملگر نرم در حالت آزاد و در حضور نیروی خارجی تحلیل و بررسی شده و در نهایت با نتایج تجربی بدست آمده از یک عملگر ساخته شده، مقایسه شده است. نتایج بدست آمده نشان می دهند که روش پیشنهادی در عین اینکه مدل ساده ای را برای مقاصد بعدی مانند پیاده سازی کنترل کننده ارایه می کند، دارای خطای مدل سازی کمتر از 9 درصد می باشد.
کلید واژگان: ربات نرم، عملگر نرم خمشی، مدل سازی استاتیکی و دینامیکی، تعامل با محیط، روش اجزای صلب محدودPneumatic Soft bending actuators as safe and highly adaptable robots are being considered by researchers, such that they become an ideal choice for making devices that interact more with humans. These advantages come along with several disadvantages. Their great adaptability is provided by their high degrees of freedom, and consequently, it makes the modeling a significant challenge for researchers. In this paper, the modeling of a soft fiber-reinforced bending actuator that is in contact with the environment has been conducted by utilizing the finite rigid element method. This method provides a context within which the modeling theories of traditional rigid robots, such as the Denavit-Hartenberg method, become usable for a soft continuum actuator. Therefore, in the following, resorting to this theory, the static and dynamic behavior of a soft actuator under the effect of the external load has been investigated and compared with the empirical results derived from a fabricated actuator. The results show a minimum accuracy of 9 percent, although being as simple as can be used for other purposes like implementing control systems based on that.
Keywords: Soft Robot, Soft Bending Actuator, Static, Dynamic Modeling, Contact Condition, Finite Rigid Element Method -
ربات تراکتور-تریلر به عنوان یک زیر مجموعه از دسته ربات های متحرک در دهه های گذشته به صورت گسترده ای در طیف وسیعی از انواع کاربردهای مختلف از جمله ماموریت های نظامی و غیرنظامی به علت مزایایی چون فضای کاری وسیع تر، قدرت مانور بالات و حمل بار مورد استفاده قرار گرفته است. یکی از چالش های اصلی در کنترل سرعت ربات تراکتور-تریلر، دینامیک محرک های تراکتور می باشد. در این مقاله به منظور تکمیل مدل سازی پس از بررسی معادلات سینماتیک و دینامیک حاکم بر ربات تراکتور-تریلر، با در نظرگیری دینامیک چرخ های تراکتور به ارایه دینامیک کوپله شده پرداخته شده است. در ادامه با استفاده از دینامیک ارایه شده به طراحی یک کنترل کننده مناسب به منظور کنترل سرعت ربات برای دستیابی به مقدار مطلوب و همچنین کنترل موقعیت برای به صورت نقطه به نقطه پرداخته شده است. در پایان با انجام شبیه سازی های مختلف، کارایی و عملکرد روش پیشنهادی در مدل سازی دینامیک و کنترل ربات تراکتور-تریلر نشان داده می شود.کلید واژگان: تراکتور-تریلر، کنترل سرعت، مدل سازی دینامیک، کنترل کننده PIDAs a subset of mobile robots, the tractor-trailer mobile robot has been widely used in various applications in the past decades, including military and civilian missions, due to its advantages, such as a more expansive working space, high maneuverability, and load-carrying capacity has been used. One of the main challenges in controlling the tractor-trailer robot's speed is the tractor drives' dynamics. In this article, to complete the modeling after investigating the kinematic and dynamic equations governing the tractor-trailer robot, coupled dynamics have been presented by considering the dynamics of the tractor wheels. In the following, using the coupled dynamics, a suitable controller has been designed to control the robot's speed to achieve the desired value and the position point by point. Various simulations are presented to demonstrate the dynamic performance and the proposed controller. According to the simulation results, the presented theory improves the performance of the designed control system.Keywords: Tractor-Trailer, Speed Control, dynamic modeling, PID control
-
هدف از این پژوهش طراحی کنترل کننده مقاوم برای سیستم برداردهی تراست یک پرنده مانورپذیر بوده است. در ابتدا معادلات فضای حالت دینامیک حلقه باز سیستم برداردهی تراست با استفاده از روش باندگراف استخراج شده است. پس از آن پارامترهای عملکردی بحرانی سیستم با توجه به امکان پذیری عملیاتی و محدوده عملکرد موفق سیستم مورد ارزیابی قرار گرفته و شناسایی شدند. در ادامه توابع وزنی طراحی کنترل کننده مقاوم H∞ از جمله تابع وزنی نامعینی تحت تاثیر عدم قطعیت های مشخص شده، تعیین شدند. در انتها نیز قوام کنترل مقاوم در حضور عدم قطعیت ها مورد ارزیابی قرار گرفت و پس از آن نتایج تغییر زاویه نازل برداردهی تراست در مقایسه با نتایج عملکرد یک کنترل کننده PID بهینه شده ارزیابی شد.شبیه سازی های انجام گرفته غالبا تحت نرم افزار متلب بوده است. نتایج این پژوهش نشان داد که روش باندگراف از اعتبار مناسبی برای مدل سازی این سیستم برخوردار بوده و کنترل کننده مقاوم طراحی شده نیز می تواند پاسخگوی الزامات ماموریتی آن باشد.کلید واژگان: کنترل بردار تراست، باندگراف، مدل سازی دینامیکی، نازل، بهینه سازی، کنترل کننده مقاوم ∞HThe design of a controller for a thrust vector control system of UAV has been studied through the robust H∞ control method. In the first, the governing space-state equations of the system have been derived using the bond graph approach. Then, the critical performance parameters of the system were evaluated and identified according to the operational feasibility and the range of successful performance of the system. Next, the weight functions of the robust H∞,including the indeterminate weight function under the influence of specified uncertainties, were determined. Finally, the consistency of robust control in the presence of uncertainties was evaluated and the results of deflection of thrust vectoring nozzle were compared with the performance results of an optimized PID controller. The simulation results are determined using the MATLAB environment. The results of this study showed that the bond-graph method has good validity for modeling of this system and the designed robust controller can also meet its mission requirementsKeywords: Thrust Control Vector (TVC), Bond-Graph, Dynamic Modeling, Nozzle, optimization, Robust Control H∞
-
با توجه به منابع محدود سوخت های فسیلی و آلودگی ناشی از آن ها، استفاده از سوخت های پاک ضروری به نظر می رسد. در این راستا، توسعه خودروهای الکتریکی یا دورگه از اهمیت بالایی برخودار هستند. در سال های اخیر، حوزه های پژوهشی مربوط به خودروهای الکتریکی هوشمند توجه پژوهشگران و صنعت گران زمینه خودرو را به خود جلب کرده است. این خودروها به لحاظ قابلیت ها دارای رده های مختلفی از جمله کنترل هوشمند سرعت خودرو هستند. در این پژوهش، مدل سازی دینامیکی و کنترل سرعت طولی یک خودروی الکتریکی هوشمند سطح یک با استفاده از نرم افزارهای جی تی سوییت و متلب مورد بررسی قرار می گیرد. همچنین، مدل ایجادشده در نرم افزار جی تی سوییت به کمک داده های به دست آمده از آزمون های تجربی حلقه باز، اعتبارسنجی می شود. در ادامه، پس از مرتبط کردن دو نرم افزار مذکور، یک کنترلر تناسبی-انتگرالی به منظور کنترل سرعت طولی خودرو طراحی شده و پارامترهای آن تنظیم می شوند. در نهایت، عملکرد کنترلر طراحی شده در کنترل سرعت خودرو در شرایط مختلف (مانند شیب جاده، وزش باد و ورودی های سرعت مرجع مختلف) مورد ارزیابی قرار می گیرد.کلید واژگان: جی تی سوییت، خودروی الکتریکی هوشمند، سیمولینک متلب، کنترل سرعت طولی، مدل سازی دینامیکیDue to the limited resources of fossil fuels and the pollution caused by them, the use of clean fuels seems necessary. In this regard, the development of electric or hybrid vehicles has great importance. In recent years, research areas related to autonomous electric vehicles have attracted the attention of automotive researchers and industrialists. These cars have different categories in terms of capabilities, including intelligent vehicle speed control. In this paper, dynamic modeling and longitudinal speed control of a level-one autonomous electric vehicle using GT-SUITE and MATLAB are investigated. Also, the model created in GT-SUITE software is validated with the help of data obtained from open-loop experimental tests. Then, after connecting the two software, the proportional-integral controller is designed to control the longitudinal speed of the vehicle and its parameters are adjusted. Finally, the performance of the designed controller in controlling the vehicle speed in the presence of various conditions (road slope, wind blowing, and different velocity reference inputs) is evaluated.Keywords: Autonomous electric vehicle, dynamic modeling, GT-SUITE, Longitudinal speed control, Matlab Simulink
-
در این پژوهش، به مدلسازی دینامیکی سه بعدی یک چهارپره حامل با کابل در حضور بار مولد نیروهای تصادفی پرداخته می شود. در بسیاری موارد عملی با محموله هایی سروکار داریم که بر مبنای دینامیک ذاتی خود یا برهمکنش با محیط قادر به تولید نیروهای نوسانی با دامنه و فرکانس تصادفی هستند که این موضوع می تواند به شدت دینامیک سامانه حامل را تحت تاثیر قرار دهد. نوآوری پژوهش حاضر، درنظرگیری این نیروها و نمایش تاثیر آنها بر دینامیک چهارپره است. همچنین جهت انطباق بهتر مدل با سامانه واقعی، فرض می شود که نقطه اتصال کابل منطبق بر مرکز ثقل پرنده نبوده و اینرسی کابل در فرایند مدلسازی در نظر گرفته می شود. در این راستا، معادلات حرکت سامانه بر مبنای هر دو روش اولر-لاگرانژ و نیوتن-اولر استخراج خواهند گردید. پس از دستیابی به معادلات حرکت، صحت مدل دینامیکی در سه مرحله مورد بررسی قرار می گیرد. در گام نخست با انجام شبیه سازی، اعتبار مدل غیرخطی مورد سنجش قرار گرفته و تحلیل دینامیکی صورت می پذیرد. در گام بعد با ارزیابی ساختار مدل، نشان داده می شود که معادلات حرکت برخی ویژگی های ساختاری یک مدل دینامیکی مطلوب را برآورده می نماید. سپس، با برابر صفر قرار دادن برخی پارامترها و متغیرها، نشان داده می شود که مدل های ساده تر ارایه شده در برخی مراجع را می توان از مدل جامع مذکور بدست آورد. در آخر به بحث و نتیجه گیری حاصل از کار پرداخته خواهد شد.
کلید واژگان: مدلسازی دینامیکی، شبیه سازی، چهارپره حامل، محموله آویزان به کابل، نیروهای تصادفیThis paper focuses on 3-D dynamic modeling of a transport quadrotor with cable in the presence of load generating stochastic forces. In many practical cases, we are dealing with payloads that generate oscillating forces with random amplitude and frequency by their inherent dynamics or interacting with the environment. These forces can greatly affect the dynamics of the transport system. The innovation of the present study is to consider these forces and show their impact on quadrotor’s dynamics. Furthermore, in order to make the model more compatible with the real system, it is assumed that the connection point of cable and quadrotor is not located on the center of gravity of flying vehicle and the cable's inertia is considered in the modeling process. To this end, the systems’ equations of motion are derived based on both Euler-Lagrange and Newton-Euler methods. After obtaining equations of motion, the verification of the model is investigated in three steps. In the first step, by performing simulation, the validity of the nonlinear model is investigated and dynamical analysis is expressed. In the next step, by evaluating the structure of the model, it is shown that the equations of motion satisfy some structural features of a desirable dynamic model. Then, by setting some parameters and variables to zero, it is shown that simpler models provided in some references can be achieved from this comprehensive model. At the end, the conclusion of this work is presented.
Keywords: Dynamic Modeling, Simulation, Transport Quadrotor, Cable-Suspended Payload, Stochastic Forces -
در مقاله حاضر، به بررسی رفتار گرمایی، مدلسازی دینامیکی و کنترل متغیرهای یک موزه که یک ناحیه محصور محسوب می شود، پرداخته شده است. برای مدلسازی دینامیکی از روش انتقال حرارت یک بعدی برای المانهای ناحیه (روش2.3.1 DETECt) استفاده شده است. پس از مدلسازی دینامیکی، کنترل دما و رطوبت با روش تطبیقی مدل مرجع و بهبود یافته انجام شده است. نتایج عددی، شامل بررسی پاسخ سیستم بدون اعمال کنترلر و با اعمال آن، نمودار تعقیب مشخصه مطلوب توسط متغیرهای دینامیکی، نمودار خطا و تغییرات سیگنال کنترل و بهره های تطبیقی، مورد بحث قرار گرفته است.کلید واژگان: مدلسازی موزه، کنترل تطبیقی، ناحیه محصور، رفتارگرماییThe effect of climatic and climatic changes in different geographical areas on the types of plants, animals and objects and the importance of protecting the items has led to the study of ideas related to control of air variables in desired conditions. All of the ideas studied in this field lead to the separation of under the control area in order to reduce the effect of the environment on the control variables. This area is then modeled as a system with a defined energy and mass exchange with the environment. In the present study, thermal modeling, dynamic modeling, and control of the variables of a museum which is considered an enclosed area have been investigated. For dynamic modeling, the one-dimensional heat transfer method is used for area elements (DETECt 2.3.1 method). After dynamic modeling, temperature and humidity control have been done using model-reference and modified adaptive methods. Numerical simulation results include the behavior of the system with and without using the controller, the variation of the dynamic variables, and changes in the control signal and the adaptive gains. The results show the success of control methods in the control of temperature and humidity of the studied area.Keywords: dynamic modeling, Adaptive control, Museum, thermal behavior
-
در این مقاله رفتار دینامیکی عملگر خمشی الاستومر دی الکتریک یا همان سازه مینیمم انرژی دی الکتریک مورد مطالعه قرار گرفته و تاثیر خاصیت ویسکوالاستیسیته فیلم دی الکتریک بر پاسخ سیستم بررسی می شود. ابتدا با استفاده از روش اویلر-لاگرانژ و با درنظرگرفتن خواص هایپرالاستیسیته و ویسکوالاستیسیته فیلم دی الکتریک، معادله حرکت عملگر استخراج می شود، سپس با خطی سازی این معادله حول نقطه تعادل، فرکانس طبیعی سیستم استخراج شده و اثر پیش کشش فیلم دی الکتریک و ولتاژ تحریک بر این فرکانس مطالعه می شود. با استفاده از حل عددی معادله حرکت غیرخطی، نشان داده می شود که عملگر علاوه بر رزونانس هارمونیک دارای رزونانس سوپرهارمونیک و ساب هارمونیک نیز هست. با افزایش ضریب میرایی فیلم دی الکتریک، فرکانس های رزونانس افزایش یافته و دامنه ارتعاشات کاهش می یابد. نتایج تحلیلی همچنین نشان دهنده این واقعیت است که با افزایش ضریب میرایی، ارتعاشات رزونانس هارمونیک از مود آشوبناک به شبه متناوب و سپس متناوب تغییر می کند.کلید واژگان: الاستومر دی الکتریک، ویسکوالاستیسیته، عملگر خمشی، مدل سازی دینامیکیIn this paper nonlinear dynamic behavior of bending actuators of dielectric elastomer or Dielectric Elastomer Minimum Energy Structure (DEMES) is studied and the effects of viscoelasticity of dielectric film on system response are investigated. Considering hyper-elasticity and viscoelasticity of dielectric film, the equation of motion of the actuator is extracted using Euler-Lagrange method. The natural frequency of small amplitude oscillations around the equilibrium state is calculated by linearizing the original nonlinear equation and the effects of dielectric film pre-stretch and excitation amplitude on natural frequency is investigated. The numerical simulation of the nonlinear equation of motion for periodic excitation shows that the system possesses harmonic resonances as well as sub-harmonic and super-harmonic resonances. By increasing the damping ratio of the dielectric film, resonance frequency increases for all harmonics and their excitation amplitude decreases. The analytical results show that excitation amplitude of harmonic resonance in chaotic behavior changes to a quasi-alternate and then an alternative behavior by increasing damping ratio.Keywords: Dielectric Elastomer, Viscoelasticity, Dielectric Elastomer Minimum Energy Structure, Dynamic Modeling
-
فرآیند داخل تراشی به دلیل نسبت طول به قطر بالای ابزار و انعطاف پذیری زیاد آن، بسیار مستعد ارتعاشات خود برانگیخته(لرزش) است. تاکنون روش های مختلفی جهت افزایش سفتی دینامیکی ابزارها بکارگرفته شده است که موثرترین آنها روش های کنترل فعال هستند. برای تحلیل و طراحی سیستم کنترلی به مدل دینامیکی سیستم نیاز است. با توجه به اینکه بدست آوردن مدل سیستم با استفاده از روش های معمول مدلسازی اجزای محدود پیچیده و زمانبر است، بنابراین روشی که بتواند به سرعت و با دقت بالا پاسخ سیستم کنترل ارتعاشی را تخمین بزند از کارایی بالایی برخوردار است. هدف از این پژوهش، ارائه روشی برای مدلسازی دینامیکی ابزار داخل تراش با استفاده از تحلیل مودال تجربی است که بتوان با استفاده از آن عملکرد کنترلر را در کاهش ارتعاشات شبیه سازی و پیش بینی نمود. در این روش ابتدا با استفاده از آزمون مودال تجربی یک مدل ماتریسی خطی از دینامیک سیستم استخراج گردیده و سپس با استفاده از روش جاروب سینوسی مدل عملگر-ابزار شناسایی می گردد. در ادامه با استفاده از مدل های بدست آمده، حلقه کنترل فعال ارتعاشات ابزار داخل تراش در محیط نرم افزار متلب/سیمولینک شبیه سازی شده و عملکرد کنترلر بررسی گردید. در انتها نیز نتایج شبیه سازی با نتایج آزمایشگاهی مقایسه گردید که نشانگر عملکرد مناسب روش پیشنهادی برای مدلسازی دینامیکی سیستم و طراحی کنترلر می باشد. روش ارائه شده در دامنه فرکانسی شناسایی شده به خوبی پاسخ سیستم را تخمین می زند و با استفاده از این روش می توان ضریب بهره کنترلر را بهینه نمود.کلید واژگان: ابزار داخل تراش، آزمون مودال تجربی، مدلسازی دینامیکی، شبیه سازی، کنترل فعال ارتعاشاتDue to the high length to diameter of the tool and its high flexibility, internal turning process is very prone to chatter vibrations. Different methods have been used to increase dynamic stiffness of tools; the most effective method is active control method. In order to analyze and design a control system, a dynamic model of the system is required. Obtaining a system model using finite element modeling technique is complicated and time-consuming, thus, a method that can quickly and accurately estimate the response of the vibration control system is very important. The aim of this study is to propose a method for dynamic modeling of the internal turning tool using the experimental modal analysis, which can be used to predict and simulate vibration reduction. In this method, using the experimental modal test, a linear matrix model of the system dynamics was extracted and then the actuator-tool model was identified using sweep frequency method. Thereafter, by using the obtained models, the active vibration control loop of the internal turning tool was simulated in MATLAB/SIMULINK software and the controller performance was investigated. Finally, the simulation results were compared with the experimental results, which indicate good performance of the proposed method for dynamic modeling of the system and controller design. The proposed method in the identification frequency range accurately estimated the system response, and this method can be used to optimize the controller's gain.Keywords: Internal turning tool, Experimental modal analysis, Dynamic Modeling, Simulation, active vibration control
-
In this research, first, kinematic and dynamic equations of a 4-DOF 3-link robotic finger are derived using Denavit-Hartenberg convention and Lagrange’s formulation. To model the muscles, several springs and dampers are placed between the finger links. Then, two advanced controllers, namely adaptive-robust and adaptive-neural, which can control the robotic finger in presence of parametric uncertainty, are applied to the dynamic model of the system in order to track the desired trajectory of tapping. The simulation of the dynamic system is performed in presence of 10% uncertainty in the parameters of the system and the results are obtained when applying the two controllers separately on the robotic finger dynamic model. By comparing the simulation results of the tracking errors, it is observed that both controllers perform decently; however, the adaptive-neural controller has a better performance.
Keywords: Bio-inspired, Robotic Finger, Dynamic Modeling, Control -
عملگرهای خمشی پیزوالکتریک به طور گسترده ای در سال های اخیر مورد استفاده قرار گرفته است. به طور کلی، دو روش اصلی مدل سازی گسسته و پیوسته در تحقیقات پیشین برای این عملگرها پیشنهاد شده است. مدل سازی گسسته تنها می تواند ارتعاشات عرضی یک نقطه خاص روی عملگر را بیان نماید. به علاوه از اثر مودهای ارتعاشی فرکانس بالا در رفتار دینامیک صرف نظر می شود. بنابراین مدل های دینامیک پیوسته برای حل مشکلات مذکور ارایه شده است. در این نوع مدل سازی، معمولا از معادلات اساسی خطی معتبر در ولتاژهای کاری پایین استفاده می شود. اما چالش اصلی در مدل سازی دینامیک پیوسته این عملگرها، پدیده غیرخطی هیسترزیس ناشی از تحریک ولتاژ بالا است. در این مقاله، معادلات اساسی غیرخطی هیسترتیک پیزوالکتریک ارایه و معادلات دینامیک پیوسته برای دو نوع متداول عملگرهای عرضی بایمورف، سری و موازی استخراج شده است. به علاوه، تحلیل دینامیک صفر برای سیستم های غیرخطی برای نمایان نمودن اثر مودهای ارتعاشی بالاتر بر رفتار دینامیک عملگر براساس مکان نقطه کاری به کار گرفته شده است. نتایج تجربی حداکثر خطای 1.44 و 1.2% در شناسایی مود ارتعاشی اول و دوم در نقاط کاری مختلف و خطای 2.89% در مدل سازی رفتار غیرخطی عملگر با دو مود ارتعاشی را نشان می دهد. این نتایج کارآیی مدل دینامیک پیشنهادی را برای بیان رفتار غیرخطی عملگر، تحلیل رفتار و برتری آن بر مدل های مبتنی بر یک مود ارتعاشی را تایید می نماید.کلید واژگان: عملگر خمشی پیزوالکتریک، معادلات اساسی هیسترتیک، مدل سازی و تحلیل دینامیک، دینامیک صفرPiezoelectric bending actuators have been extensively utilized in recent years. Two major modeling methods, lumped and continuous, have been generally proposed in previous researches for these actuators. The lumped method can only express the transverse vibration of one specified point on the actuator. In addition, the effect of higher vibrational modes has been ignored. Hence, continuous dynamic models have been proposed to rectify the mentioned drawbacks. In this method, linear constitutive equations for low voltage applications are usually applied. But, the main challenge in continuous modeling of piezoelectric actuators is the hysteresis nonlinear phenomenon caused by excitation voltages. In this paper, piezoelectric nonlinear constitutive equations have been employed to carry out the continuous dynamic model for two general types of bending actuators i.e. Series and Parallel. In addition, zero dynamic analysis for nonlinear systems has been applied to clarify the effect of higher vibrational modes the actuator dynamic behavior based on the location of Experimental results show the maximum error 1.44 and 1.2% in the identification of first and second modes, respectively, and the maximum error 2.89% in the modeling of actuator nonlinear behavior by two modes. These results validate the efficiency of the proposed dynamic model to express the actuator nonlinear behavior, dynamic analysis, and its superiority over conventional models with one mode.Keywords: Piezoelectric Bending Actuator, Hysteretic Constitutive Equations, Dynamic Modeling, Analysis, Zero Dynamics
-
به علت بازده انرژی پایین خشک کن های صنعتی، فرآیند خشک کردن مصرف انرژی بالایی دارد. بنابراین مدل سازی ریاضی و شبیه سازی خشک کن ها در جهت بهینه سازی و طراحی خشک کن های جدید ضروری است. در این تحقیق با استفاده از شبیه سازی خشک کن بسترسیال با جریان متقاطع طراحی جدید از این خشک کن ها ارزیابی قرارگرفته است. یک مدل ریاضی برای پیش بینی دما و رطوبت جامد و همچنین دما و رطوبت گاز خروجی مورداستفاده قرار گرفت. نتایج شبیه سازی این فرایند با استفاده از نتایج تجربی یک واحد نیمه صنعتی مورد ارزیابی قرار گرفت. ارزیابی مدل حاکی از آن است که مدل با دقت خوبی رفتار سیستم را پیش بینی می نماید. بنابراین از محیط شبیه سازی به وجود آمده برای بررسی یک طرح جدید از خشک کن بسترسیال 3طبقه استفاده شد. نتایج این شبیه سازی نشان می دهد که با درصد رطوبت جامد ورودی 0/32و سایر شرایط مشابه، درصد رطوبت خروجی جامد در حالت تک محفظه 0/19و در حالت چند محفظه 0/13می باشد که حاکی از آن است که این طرح جدید می تواند درصد رطوبت جامد را % 50بیشتر کاهش دهد که به معنی استفاده بهتر از هوای داغ و از آن طریق کاهش مصرف انرژی می باشد.کلید واژگان: خشک کن جریان متقاطع، خشک کن بستر سیال چند طبقه، صرفه جویی مصرق انرژی، مدلسازی دینامیک، پراکندگی محوریDrying process demands high power consumption due to the low efficiency of this process in the industries. Therefore, modeling and simulation of dryers in order to optimize them and to design more efficient dryers is necessary. In this research, a cross-flow fluidized bed dryer has been simulated in order to evaluate a new design of the dryer. A mathematical model has been used to predict outlet solid moisture and temperature as well as outlet air humidity and temperature of a single story fluidized bed. The simulation results were evaluated using the experimental data of a pilot cross flow fluidize bed dryer. The comparison showed that the model can reasonably predict the process. Therefore, the simulation was used to investigate a new design of three story dryer (three sequential single story dryers). The simulation results showed while inlet solid moisture was 0.32 and outlet solid moisture for the single-story dryer was 0.19, in the same conditions, outlet solid moisture for the three-story dryer was 0.13. This means the new design can reduce solid moisture by 50 percent more, indicating the better use of hot air and subsequently more energy saving.Keywords: cross flow dryer, multistory fluidized bed dryer, energy saving, Dynamic modeling, axial dispersion
-
اغتشاشات خارجی و نامعینی های داخلی با دامنه نامعلوم و همچنین وجود اتصال بین بدن انسان و ربات از مشکلات عمده در کنترل و پایداری ربات های اسکلت خارجی است. کنترل کننده مد لغزشی، یک روش مقاوم برای مقابله با اغتشاشات و نامعینی ها با دامنه معلوم سیستم است. یکی از معایب این کنترل کننده، وجود پدیده چترینگ است که برای کاهش اثرات این پدیده از لایه مرزی استفاده می شود. در این حالت نه تنها پدیده چترینگ به طور کامل حذف نمی شود، بلکه خاصیت مقاوم بودن کنترل کننده نیز کاهش می یابد. در این مقاله به منظور مقابله با اغتشاشات و عدم قطعیت های با دامنه نامعلوم سیستم و همچنین مقابله با پدیده چترینگ به عنوان عامل اساسی در افزایش انرژی مصرفی و کاهش سرعت همگرایی سیستم، از روش کنترل بهینه مد لغزشی فراپیچشی مرتبه بالای تطبیقی استفاده شده است. مدل دینامیک برای ربات اسکلت خارجی پایین تنه دوپا با درنظرگرفتن چهار عملگر روی مفاصل ران و زانوی پاهای چپ و راست به کمک روش لاگرانژ استخراج شده است. به منظور دستیابی به عملکرد بهینه، پارامترهای کنترل کننده با کمینه کردن معیار خطای ITAE و نرخ تغییرات ورودی کنترلی، با استفاده از الگوریتم جست وجوی هارمونی تعیین شده اند. عملکرد کنترل کننده پیشنهادی با عملکرد کنترل کننده های بهینه مد لغزشی فراپیچشی تطبیقی و مد لغزشی معمولی مقایسه شده که نتایج بیانگر برتری روش کنترل مد لغزشی مرتبه بالای تطبیقی بهینه نسبت به دیگر کنترل کننده های طراحی شده است.کلید واژگان: ربات اسکلت خارجی دوپا| مدل سازی دینامیکی| کنترل مد لغزشی مرتبه بالا| کنترل تطبیقی| الگوریتم بهینه سازی جستجوی هارمونیExternal disturbances and internal uncertainties with an unknown range, as well as the connection between the human body and robot, are major problems in control and stability of exoskeleton robots. In order to deal with disturbances and uncertainties with the known range of the system, the sliding mode controller is used as a robust approach. The chattering phenomenon is one of the drawbacks of sliding mode controller, which boundary layer is employed to reduce the effects of this phenomenon. In this case, not only the chattering phenomenon is not completely eliminated, but the robust characteristics of the controller are mitigated. In this paper, in order to cope with the disturbances and uncertainties with unknown range, and guard against chattering as a key ingredient of excessive energy consumption and convergence rate reduction, optimal adaptive high-order super twisting sliding mode control has been applied. The dynamic model of a lower limb exoskeleton robot is extracted using the Lagrange method in which four actuators on the hip and knee joints of the left and right legs are considered. To achieve optimal performance, controller parameters are determined using Harmony Search algorithm by minimizing an objective function consisting of ITAE and control signal rate. The proposed controller performance is compared with optimal adaptive supper twisting sliding mode and optimal sliding mode controllers which shows the superiority of the optimal adaptive high-order sliding mode controller rather than other designed controllers.Keywords: Exoskeleton, Dynamic modeling, High-order Sliding mode control, Adaptive control, HSA
-
در این مقاله، کنترل کننده پیش بین غیرخطی مقاوم بهینه بر مبنای الگوریتم جستجوی هارمونی برای یک نوع ربات موازی سه درجه آزادی انتقالی طراحی شده است. مدل دینامیکی مکانیزم با استفاده از روش لاگرانژ استخراج شده و کنترل کننده پیش بین به همراه تخمین گر عدم قطعیت، طراحی و پایداری آن با استفاده از تئوری لیاپانوف اثبات شده است. عملکرد کنترل کننده طراحی شده در شرایط مختلف از جمله در حضور اغتشاش و تغییر پارامترهای سیستم، شبیه سازی و مورد بررسی قرار گرفته است. در ادامه، یک مسیر بهینه برای ربات در حضور چهار مانع دایروی طراحی شده و به عنوان مسیر مطلوب به ربات داده شده است. برای تعیین پارامترهای کنترلی بهینه، یک تابع هزینه بصورت ترکیبی از نرخ تغییرات ورودی کنترلی و خطا در نظر گرفته شده و به الگوریتم جستجوی هارمونی جهت کمینه سازی داده شده است. به منظور مقایسه عملکرد کنترل کننده طراحی شده با سایر کنترل کننده های غیرخطی، دو کنترل کننده مود لغزشی بهینه و خطی سازی پسخورد بهینه نیز طراحی و نتایج آنها با یکدیگر مقایسه شده است. نتایج بیانگر عملکرد مطلوب هر سه کنترل کننده در شرایط وجود اغتشاش و عدم قطعیت های مدل می باشند، اگرچه معیارهای خطا برتری کنترل کننده پیش بین غیرخطی مقاوم را نسبت به دو کنترل کننده دیگر نشان می دهند.کلید واژگان: ربات ها موازی، مدل سازی دینامیکی، معادلات سیستم مقید، کنترل پیش بینIn this paper, an optimal robust nonlinear model predictive controller based on harmony search algorithm is designed for a type of 3-DOF translational parallel robot. Dynamic model of the mechanism is derived using Lagrange method and the model predictive controller augmented by uncertainty estimator is designed and stability is proved by Lyapanov theorem. Performance of the designed controller is evaluated in different conditions such as presence of disturbance and parameter variation. Furthermore, an optimal trajectory consisting four circular obstacles is designed as the reference trajectory of the robot. In order to obtain the optimum control parameters, a cost function combining control signal rate and error is considered and minimized by harmony search algorithm. In order to compare the performance of the designed controller with other nonlinear controllers, two controllers, an optimal sliding mode and a feedback linearization controller are also designed and their results are compared. Simulation results depict the desirable performance of the three controllers in spite of disturbance and model uncertainty, however, error criteria indicate priority of the robust nonlinear model predictive controller over the two other controllers.Keywords: Parallel manipulator, dynamic modeling, constrained systems equations, model predictive control
-
هدف از ارایه این مقاله، بیان روند مناسب برای مدل سازی و شبیه سازی مسیر حرکت یک حامل بالستیک به صورت ساختارمند و معرفی ابزارهای ریاضی لازم برای این کار است. وسیله مورد نظر یک حامل سه مرحله ای است که در هر مرحله دارای شرایط جرمی، آیرودینامیکی، پیشرانشی و کنترلی مجزا است. برای مدل سازی دستگاه های مورد نیاز از جمله دستگاه اینرسی، دستگاه زمین، دستگاه ناوبری و دستگاه بدنی مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین، معادلات پروازی این وسیله نسبت به چارچوب زمین و چارچوب ناوبری برای مدل سازی مد نظر قرار گرفته و ماتریس های تبدیل میان دستگاه های مختلف ارایه شده است. در مدل مورد نظر زمین به صورت یک بیضی گون به همراه مدل مشخصی از میدان جاذبه زمین و مطابق با مدل WGS-84 مورد استفاده قرار گرفته است. برای جلوگیری از تکینگی در معادلات حرکت دورانی از کواترنیون ها به جای زوایای اویلر به عنوان متغیرهای حالت استفاده و تبدیلات میان آنها نیز معرفی شده است. در نهایت پس از شبیه سازی نتایج به صورت گرافیکی ارایه و بررسی شده است.کلید واژگان: حامل بالستیک، مدل سازی دینامیکی، چارچوب زمین، دستگاه ناوبری، ماتریس تبدیلThe purpose in this paper is to express a suitable process of modeling and simulation of a ballistic launch vehicle and introducing necessary mathematical solutions for the process. This vehicle is a three – stage ballistic launch vehicle such that each stage has independent condition and characteristic such as mass characteristic, aerodynamic characteristic, propulsion characteristic and control characteristic. The suitable coordinate systems are introduced and analyzed for modeling, such as inertial coordinate system, earth coordinate system, navigation coordinate system and body coordinate system. The equation of motion of this ballistic launch vehicle with respect to earth frame and navigation frame are considered and transformation matrices are mentioned to express definition of vectors in coordinate systems. In this procedure the earth is modeled as an ellipsoid surface with a gravitational field model according to World Geodetic System 1984. Avoiding singularity, quaternions are considered as rotational states instead of Euler angles. Finally, the results of simulation are presented and analyzed graphically.Keywords: Launch Vehicle, Dynamic Modeling, Earth Frame, Navigation Coordinate System, Transformation Matrix
-
در این مقاله، به طراحی کنترل کننده مود لغزشی تطبیقی بهینه به کمک اگوریتم جسنجوی هارمونی برای ربات متحرک چند جهته پرداخته شده است. ابتدا مدل سازی سینماتیکی انجام و سپس با استفاده از معادلات مومنتوم خطی و زاویه ای، معادلات مدل دینامیکی ربات استخراج شده است. از آنجایی که مدل استخراجی، بیان دقیقی از رفتار ربات همه جهته نیست، مدل دارای عدم قطعیت می باشد. از این رو یک روش برای کنترل ردیابی ربات ارائه شده است. کنترل کننده پیشنهادی، شامل یک مدل دینامیک معکوس تقریبا شناخته شده به عنوان خروجی بخش مدل-مبنای کنترل کننده، ترم تخمینی از عدم قطعیت برای جبران دینامیک مدل نشده، اغتشاشات خارجی، و پارامتر های متغیر با زمان برای بهبود پایداری حلقه-بسته و میزان خطای تخمین عدم قطعیت ها می باشد. در ادامه به منظور مقایسه پاسخ کنترل کننده پیشنهادی، کنترل کننده های خطی سازی پسخور و مود لغزشی بهینه نیز طراحی، سپس یک تابع هزینه به صورت ترکیبی از نرخ سیگنال کنترلی و معیار خطای انتگرالی در نظر گرفته شده که به کمک الگوریتم جستجوی هارمونی مینیمم شده و پارامترهای بهینه کنترلی استخراج شده است. عملکرد کنترل کننده پیشنهادی در شرایط مختلف از جمله در حضور اغتشاش و تغییر پارامترهای سیستم، شبیه سازی و مورد بررسی قرار گرفته است.کلید واژگان: ربات همه جهته متحرک، مدل سازی دینامیکی، کنترل مقاوم تطبیقی، مود لغزشی، الگوریتم جستجوی هارمونیIn this paper, an optimal adaptive sliding mode controller of an Omni-Directional Mobile Robot (ODMR) is proposed using harmony search algorithm. First, kinematic model of the robot is derived and then, governing equations of dynamic model have been obtained using linear and angular momentum equilibrium. Since the derived model is not an exact definition of the system, it includes some uncertainties. To compensate them, a tracking control method has been offered. The proposed controller consists of an approximately known inverse dynamic model output as the model-based part of the controller, an estimated uncertainty term to compensate for the un-modeled dynamics, external disturbances, and time-varying parameters to enhance closed-loop stability and account for the estimation error of the uncertainties. In order to compare the results of the proposed controller, an optimal feedback linearization and sliding mode controllers are designed and then, a cost function has been defined by combining the variation rate of control signal and the integral error index. This cost function has been minimized using harmony search algorithm, resulting in optimum control parameters. Finally, the performance of the designed controller in different conditions, such as in presence of disturbance and system parameter variation has been simulated and discussed.Keywords: Omni-Directional Mobile Robot, dynamic modeling, Adaptive robust control, sliding mode, harmony search algorithm
-
با توجه به قابلیت های متعدد و کاربردهای روزافزون تجاری و نظامی هلیکوپترهای رادیو کنترل، مطالعات فراوانی بر روی این وسایل پرنده بدون سرنشین در حال انجام است. با توجه به سیستم دینامیکی غیرخطی، پیچیده، ناپایدار و کوپل شده و همچنین محدودیت های موجود در کنترل و هدایت دستی، توانایی کنترل خودکار این وسایل از اهمیت بالایی برخوردار است. در این مقاله ضمن بررسی روش های مختلف مدلسازی دینامیکی هلیکوپترهای بدون سرنشین، یک محیط شبیه ساز چندسطحی برای تحلیل عملکرد پرواز و بررسی اثرات پارامترهای مختلف، طراحی و پیاده سازی شده است. اهمیت و نوآوری اصلی شبیه ساز ایجاد شده، امکان شبیه سازی دینامیکی پرواز هلیکوپتر با استفاده از تئوری های مختلف برای کاربردهایی نظیر طراحی سیستم کنترلی، بررسی عملکرد آن و شبیه سازی واقعی پرواز است. تفاوت اصلی مدلسازی های مختلف در تئوری و فرضیات به کار رفته در مدلسازی مجموعه روتور و دینامیک فلپینگ آن می باشد. برای هر سطح، طراحی فیلتر کالمن و سیستم کنترلی انجام گرفته و نتایج اولیه نشان دهنده عملکرد قابل قبول تخمین گر و کنترلر است. با توجه به چندسطحی بودن شبیه ساز و پیچیدگی بیشتر رفتار واقعی هلیکوپتر بدون سرنشین نسبت به مدلسازی های انجام شده، می توان از این شبیه ساز به عنوان راه حل بهتر برای مرحله مقدماتی قبل از انجام تست های پرواز واقعی بهره برد.کلید واژگان: شبیه ساز پرواز، مدلسازی دینامیکی، بالگرد بدون سرنشین، دینامیک فلپینگAccording to numerous capabilities and increasingly military and commercial applications of radio controlled helicopters, many investigations are being performed on these unmanned aircraft vehicles. Due to nonlinear, complex, unstable and coupled dynamic system and also existing limitations on manual control, the ability of automatic control of these vehicles has gained great importance. In this paper, in addition to investigating different methods of unmanned helicopters dynamic modeling, a multi-level simulator environment has been designed and implemented for flight performance analysis and effects of different parameters have been investigated. The main importance and innovation of present simulator is in possibility of dynamic flight simulation of helicopter using different theories for applications like control system design, performance analysis and real flight simulation. The main difference of the utilized methods is in theories and assumptions applied in main rotor and its flapping dynamics modeling. For each level, Kalman filter and control system design have been performed and preliminary results show the acceptable performance of estimator and controller systems. Considering the complexity of real unmanned helicopter behavior compared to previously performed models, the proposed multi-level simulator can be used as an appropriate tool for the first step before real flight tests.Keywords: Flight Simulator, dynamic modeling, Unmanned Rotorcraft, Flapping Dynamics
-
برای بدست آوردن پاسخ واقعی یک سیستم پیل سوختی پلیمری به تغییرات بار، مدلسازی دینامیکی لازم است چرا که مدلسازی استاتیکی مستقل از زمان بوده و عملکرد سیستم را فقط در یک یا چند نقطه نشان می دهد. در تحقیق حاضر عملکرد دینامیکی توده یک سیستم پیل سوختی پلیمری در محیط سیمولینک متلب مدلسازی و توسط داده های موجود در مقالات اعتبار سنجی شده است. مدلسازی در دو بخش انجام شده است؛ در بخش اول گازهای ورودی به توده پیل سوختی بصورت خشک و در بخش دوم گازهای ورودی به توده پیل سوختی رطوبت زنی می شوند. به منظور بررسی پاسخ دینامیکی توده پیل سوختی به تغییرات سریع جریان، جریان الکتریکی متغیری بصورت پله به سیستم وارد شده و اثر این تغییر بار بر ولتاژ خروجی، میزان مصرف واکنشگرها، دما و فشار مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج بخش اول نشان می دهد که پاسخ سیستم به تغییرات جریان الکتریکی با تاخیر زمانی همراه است و هرچقدر مقدار جریان الکتریکی بیشتر شود تغییرات دمای بدنه پیل سوختی، میزان مصرف واکنشگرها و میزان گازهای ورودی به کانال های آند و کاتد بیشتر می شوند. دمای کانال های آند، کاتد و بدنه پیل سوختی(سطح خارجی) با یکدیگر متفاوتند و با افزایش توان توده تفاوت آن ها بیشتر می شوند. نتایج قسمت دوم نشان می دهد که با افزایش رطوبت نسبی گازهای ورودی، افت ولتاژ اهمی در غشا کاهش و به تبع آن تلفات حرارتی توده و در نتیجه دمای بدنه پیل سوختی کاهش می یابد.To get the real answer a PEM fuel cell system to load changing, dynamic modeling is necessary because static modeling independent of time and it shows the system performance in just one or a few points. In this study, the dynamic performance of a PEM fuel cell stack is modeled in the Matlab Simulink and is validated by the data available in the literature. Modeling is done in two parts; in the first part, the input gases to the fuel cell stack are dray and the second part, the gases entering to the stack are humidification. In order to investigate dynamic response of system to rapid changes in electrical current, the variable electrical current is entered into the system step by step then the effect of this change on output voltage, consumption of reactants, temperature and pressure are obtained. Analyzing results of first part indicates that the time delay of system response to electrical current changes. With increasing the electrical current, the temperature of cell body, consumption of reactants and amount of input gases into the anode and the cathode channels are increased. The temperature of anode and cathode channels and fuel cell body are different and with increasing the stack power are more differences. Analyzing the results of second part indicates that with increasing the relative humidity of input gases the ohmic loss and so on the body temperature of fuel cell is decreased.Keywords: dynamic modeling, stack, PEM fuel cell, Humidification
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.